Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с квантовой природой света и материи. В ходе курса исследуются вопросы квантовой теории света на основании представления о фотонах. Основное внимание уделено описанию взаимодействию света с атомами на языке квантовой механике. В ходе курса обсуждается ряд вопросов и эффектов, связанных с поглощением и излучением фотонов двухуровневой средой. Построена картина взаимодействия начиная с полностью классического представления о свете и материи до полностью квантового. В курсе активно используется аппарат вторичного квантования, один из современных инструментов квантовой теории. Кроме того в курсе также будут обсуждаться квантовые основы микрорезонаторов. Несколько лекций в финале курса будет посвящено современному направлению квантовой информатики и коммуникации. Будут изучены физические основы эффектов, позволяющие передавать информацию с помощью так называемых «запутанных» частиц.

Раздел 1. «Квантование электромагнитного поля. Фотонные состояния»:
Гамильтониан поля. Коммутационные соотношения. Фоковские состояния. Флуктуации операторов. Эффект Казимира. Когерентные состояния. Сжатые состояния. Фотонная статистика. Группировка и антигруппировка фотонов.
Раздел 2. « Взаимодействие поля со средой: полуклассический подход».
Двухуровневая система. Приближение вращающейся волны. Осцилляции Раби. Время релаксации. Коэффициенты Эйнштейна. Матрица плотности. Чистые и смешанные состояния. Незамкнутые системы. Статистический ансамбль. Матрица плотности подсистемы. Релаксационная матрица
Раздел 3. « Взаимодействие поля со средой: квантовый подход».
Матрицы Паули двухуровневой системы. Операторы рождения и уничтожения для двухуровневой системы. Осцилляции Раби. Коллапс и возрождение. Модель Джейнса-Каммингса. Поляритонные состояния. Резонансная флюоресценция. Триплет Моллоу. Теория Вайскопфа-Вигнера. Время спонтанной релаксации.
Раздел 4. « Теория открытых систем».
Теория резервуара. Атом в резервуаре с потерями. Диадная функция Грина. Излучение диполя. Классический эффект Парселла. Атом в резонаторе с потерями. Приближение сильной и слабой связи.
Раздел 5. « Физические основы квантовой информатики ».
Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена. Неравенство Белла. Квантовое вычисление корреляций в теореме Белла. Нарушение неравенства Белла. Скрытые переменные с точки зрения квантовой оптики. Квантовая криптография.

Литература.

1. Скалли М. О., Зубайри М. С. Квантовая оптика. (M.O. Scully, M.S. Zubairy) Перевод с английского под ред В. В. Самарцева. М.: Физматлит, 2003;
2. Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика. М.: Физматлит, 2000;
3. Клаудер Дж., Сударшан Э. Основы квантовой оптики. Пер. с англ. М.: Мир, 1970.
4. Файн В.М., Ханин Я.И. Квантовая Радиофизика. М.: Советское радио, 1965;